Tietokonetekniikan historia

Question: Milloin rele on keksitty?




Tietokonetekniikan historia käsittää niin tietokoneen, tietotekniikka, automaation kuin laskennan ja ihmisen ajattelun samanaikaisen kehittymisen näiden suhteen. Nykyaikaisen tietokoneen kehitys alkoi sähköisistä laskentalaitteista ja kehitys on kulkenut rele- ja putkikoneista transistoritietokoneiden kautta mikrokontrollereihin ja mikroprosessoreihin. Ensimmäiset tietokoneet 1940-luvulla oli tehty sotilaallisiin tarkoituksiin, muun muassa Saksan ja Japanin salakirjoitusjärjestelmien murtamiseen. Tietokonetta käytettiin aluksi ensisijaisesti laskemiseen (vrt. engl. computer). Nykyään tietokone ohjaa monesti laajoja järjestelmiä, esimerkiksi tietokoneohjattua tuotantoa, ase-, tiedustelu- tai johtamisjärjestelmää, liikennevaloja, puhelinkeskuksia, Internetin reitittimiä, autoja, pesukoneita, lähes kaikkia teknisiä järjestelmiä. Nykyaikaisen yhteiskunnan teknologinen pohja on keskeisesti tietokonetekniikkaa.
Laskennan ja matemaattisen kielen kehittyminen
Tietotekniikan kehityksen ensi askeleena voidaan pitää puhutun kielen kielioppia, joka laajensi kielen ilmaisukykyä.[1] Sivilisaatioiden syntyessä hallinnolle ja kaupalle tärkeämmät numerot ja laskenta kehittyivät usein ennen kirjoitustaitoa.[2] Ensimmäisenä laskukoneena voidaan pitää helmitaulua. Seuraava askel automaation suuntaan oli reikäkortin käyttöönotto Joseph Marie Jacquardin kutomakoneissa. Herman Hollerith sai vuoden 1890 Yhdysvaltain väestönlaskennan johtajalta tehtäväksi mekanisoida tiedonkäsittelyä. Hollerith tunsi Jacguardin kutomakoneen. Hollerith kehitti menetelmän, jossa korttien reikien läpi menevä tikku kytki sähköimpulssit, joita sitten laskettiin. Vuoden 1880 väestön laskennan tuloksia oli laskettu 7 vuotta ja nyt päästiin kahteen ja puoleen vuoteen, vaikka henkilöä kohti kerättiin aikaisemman viiden kysymyksen sijasta 200 kysymystä. Hollerith perusti yrityksen nimeltä "Tabulating Machine corporation" TMC. Vuoden 1910 väestönlaskenta annettiin hintasyistä toisille yrityksille ja TMC joutui taloudellisiin vaikeuksiin. TMC yhdistyi kolmen muun alan yrityksen kanssa, jolloin toimitusjohtajaksi ja pääomistajaksi tuli Thomas J. Watson. Hän muutti yrityksen nimeksi myöhemmin "International Business Machines" IBM.[3]
Tietokoneiden kehittyminen
Tietokonesukupolvet
Etenkin vanhemmassa kirjallisuudessa tietotekniikan historia kuvataan usein jakamalla tietokoneet neljään sukupolveen:
rele- ja putkikoneet
transistorikoneet
mikropiirikoneet
mikroprosessorikoneet
Mekaaniset ja sähkömekaaniset tietokoneet
1820-luvulla Charles Babbage (1791–1871) pystyi esittämään tietokoneen toimintaperiaatteen. Babbage laati suunnitelman mekaanisesta laskukoneesta logaritmitaulukoiden laskemiseksi ja onnistui saamaan sille rahoituksen Englannin valtiolta. Babbage ei koskaan saanut valmiiksi differenssikonetta, kun hän keskittyi analyyttiseksi koneeksi kutsutun ohjelmoitavan koneen kehittämiseen. Siinä oli nykyaikaisen tietokoneen pääosat kuten tiedon syöttö, ohjelma, muisti ja tulostin. Kirjeenvaihdossa Ada Lovelacen (1815–1852) he keskustelivat sellaisista tietotekniikan käsitteistä kuin operaatio ja muuttuja.[4] Babbage keksi reikäkorttien avulla kaksi ohjelmoitavan tietokoneen periaatetta, reikäkorttien sisällön määrämän suoritusjärjestyksen eli pakotetun hypyn sekä ehdollisen hypyn. Babbagen keksintö avasi automaatiolle rajattomien toimintamahdollisuuksien maailman. Babbagen poika Henry Babbage rakensi tietokoneen keskusyksikön osajärjestelmän, joka toimi kuten oli suunniteltu. Tämä laite lahjoitettiin Harvardin yliopistolle 1886. Yli puolivuosisataa myöhemmin sen löysi Howard Aiken. Aiken paneutui Babbagen julkaisuihin ja oivalsi, että uusilla sähköisillä ratkaisuilla Babbagen ideat voidaan toteuttaa. Aiken meni keskustelemaan ideoistaan IBM:n pääjohtajan Thomas Watsonin kanssa. IBM:stä tuli 1950-luvulla johtava tietokoneiden valmistaja.[5]
Vuonna 1936 Alan Turing (1912–1954) esitteli teoreettisen tietokoneen periaatteen, Turingin koneen, jossa hän tutki algoritmisen ongelman ratkaisun rajoja. John von Neumann (1903–1957) ehdotti 1940-luvulla ohjelman siirtämistä muistiin tietokoneen toiminnan nopeuttamiseksi ja määritteli nykyaikaisen tietokoneen arkkitehtuurin. Bitti-käsitteen esitti Claude Shannon (1916–2001) vuonna 1948.[6]

Konrad Zuse rakensi ensimmäisen ohjelmoitavan laskukoneen Saksassa 1941. Aiken rakensi 1943 IBM:n avulla ensimmäisen tietokoneen Harvard Mark I. Ensimmäinen elektroninen tyhjiöputkiin ja releisiin perustuva tietokone ENIAC valmistui vuonna 1945. ENIAC suoritti 385 kertolaskua sekunnissa. Nykyinen mikroprosessori on noin 3000000 kertaa ENIACia nopeampi. Transistorien ja tietokoneiden sarjatuotanto alkoi vuonna 1951. 50-luvun päättyessä maailmassa oli 3000 tietokonetta.[7] Ensimmäiset tietokoneet ohjelmoitiin konekielillä, joista sitten kehittyi helpommin ymmärrettäviä ohjelmointikieliä. 
Varhaisissa tietokoneissa 1940-luvulla käytettiin peruskomponentteina yleensä joko elektroniputkia tai sähkömekaanisia releitä. Liikkuvat osat rajoittivat sähkömekaanisten koneiden nopeuden enintään muutamiin kymmeniin laskutoimituksiin sekunnissa, kun taas täysin elektroniset putkitoteutukset suorittivat samassa ajassa useita tuhansia operaatioita. Komponentit olivat kuitenkin joka tapauksessa suurikokoisia, epäluotettavia ja kuluttivat paljon energiaa.
Varhaisin muistitekniikka oli jo 1940-luvulla käytetty viivelinjoihin perustuva muisti. Muisti perustui pyöreissä putkissa vesi-metanoli-seoksessa tai elohopeassa kulkevaan aaltoon, joka voitiin lukea sen kuljettua putken läpi.[8]
Manchesterin yliopistossa Freddie Williams kehitti 1940-luvun lopulla katodisädeputkeen perustuvan muistitekniikan Manchester Mark I -konetta varten.
1930-luvulla kehitetty rumpumuisti, joka perustuu pyörivään rumpuun ja sen pinnalle magneettisesti tallennettuun tietoon pysyi käytössä 1960-luvulle. Rumpumuistin edeltäjänä voi pitää soittorasioiden piikikkäitä sylintereitä, joille on tallennettu melodia.
1940-luvun lopulla kehitettiin ferriittirengasmuisti, joka pysyi käytössä kaksi vuosikymmentä.
Mekaanisista laskukoneista kuten IBM 407 käytetään toisinaan nimitystä "nollannen sukupolven tietokoneet".
Ensimmäisen sukupolven tietokoneet

Ensimmäisen sukupolven tietokoneet käyttivät muun muassa elektroniputkia, releitä ja mekaanisia komponentteja toimintoihinsa.
Charles Babbagen Analyyttinen kone (1837) – ensimmäinen yleiskäyttöisen tietokoneen tekninen kuvaus[9]. Toteutus jäi pahasti kesken, mutta koneelle suunniteltu konekieli todettiin yli sata vuotta myöhemmin Turing-täydelliseksi.
Konrad Zusen Z1 (1937) – ensimmäinen ohjelmoitava binääriaritmetiikkaa käyttänyt laskukone, saksalainen. Z1 oli rakenteeltaan täysin mekaaninen ja käytössä hyvin epäluotettava. Laitteessa oli pieni hajasaantimuisti (64 sanaa), mutta käskyt luettiin muistin sijaan reikänauhalta, eikä käskykantaan kuulunut hyppykäskyjä.

Konrad Zusen Z3 (1941) – ensimmäinen luotettava ohjelmoitava binäärilaskukone[10]. Vastasi loogisilta ominaisuuksiltaan Z1:tä mutta oli toteutettu releillä ja oli sen myötä riittävän luotettava insinöörien työkäyttöön. Zusen varhaiset koneet tuhoutuivat sodassa, joten niiden asema tunnustettiin vasta suhteellisen myöhään.
Atanasoff-Berry Computer (1942) – ensimmäinen täysin elektroninen binäärilaskukone, amerikkalainen. Ei sisältänyt varsinaista ohjelmoitavuutta vaan oli tarkoitettu pelkästään yhtälöryhmien automaattiseen ratkaisemiseen.
Harvard Mark I (1944) – amerikkalainen relepohjainen laskukone. Vastasi ohjelmointiominaisuuksiltaan suunnilleen Z3:ea mutta käytti desimaalijärjestelmää binäärijärjestelmän sijaan.
Colossus (1944) – ensimmäinen täysin elektroninen tietokone, brittiläinen.
ENIAC (1945)[11] – ensimmäinen täysin elektroninen yleiskäyttöinen tietokone, amerikkalainen. ENIAC oli Turing-täydellinen, mutta sen ohjelmointi vaati fyysistä johtojen uudelleenvetämistä.
Small-Scale Experimental Machine (SSEM) (1948) ja Manchester Mark I (1949) – prototyypit von Neumannin arkkitehtuurin toteuttavasta tietokoneesta, jotka johtivat Ferranti Mark 1:n toteuttamiseen.
EDVAC (1949) - ENIACin seuraaja, joka käytti binääristä järjestelmää desimaalisen sijaan
EDSAC (1949) – ensimmäinen käyttökelpoinen von Neumannin arkkitehtuurin toteuttanut tietokone. Brittiläinen.
BINAC (1949) - ensimmäisiä elektronisia tietokoneita
Konrad Zusen Z4 (1950) - ensimmäinen kaupallinen tietokone. Tietokone oli vielä elektro-mekaaninen.
Ferranti Mark 1 ja UNIVAC I (1951) - ensimmäiset kaupalliset yleiskäyttöiset elektroniset tietokoneet.
Toisen sukupolven tietokoneet


Toisen sukupolven tietokoneet siirtyivät aiemmista tekniikoista diskreetteihin transistoreihin.[12] Toisen sukupolven tietokoneita:[12]
Harwell CADET (1956)
Metrovick 950 (1956)
ETL Mark III (1956)
IBM 608 (1957)
RCA 501 (1958)
NEAC 2203 (1959)
CDC 1604 (1959)
PDP-1 (1959)
IBM 7030 (1961)
LINC (1962)
Atlas (1962)
UNIVAC 1107 (1962)
IBM 1401
CDC 3000
1950-luvun jälkipuoliskolla otettiin käyttöön puolijohteisiin perustuvat transistorit, jolloin tietokoneiden komponentit ja energian tarve pienenivät oleellisesti ja luotettavuus parani. Germanium-transistorit olivat käytössä kunnes piipohjaisia opittiin valmistamaan.
Kolmannen sukupolven tietokoneet
Kolmannen sukupolven tietokoneet perustuivat mikropiireihin.[13] Kolmannen sukupolven tietokoneita:[13]
IBM S/360
RCA Spectra 70
UNIVAC 1108
HP 2116A
Data General Nova
General Electric GE-600
Honeywell 6000
1960-luvulla siirryttiin mikropiireihin, mikä pienensi jälleen komponenttien kokoa. Alkoi Mooren lakina tunnettu kehitys, jossa samalle mikropiirille saatiin kaksinkertainen komponenttimäärä puolessatoista vuodessa. Seuraava mullistus oli mikroprosessorin keksiminen, joka mahdollisti henkilökohtaisen tietokoneen eli PC:n synnyn. 1980- ja 1990-luvuilla siirryttiin suuritiheyksisiin mikropiireihin (VLSIC) ja edelleen suurnopeuksisiin mikropiireihin (VHSIC). 2000-luvun merkittävimmät kehitysaskelet lienevät yhä voimissaan olevan Mooren lain mahdollistama usean suorittimen mahduttaminen samalle mikropiirille, joka on mahdollistanut moniytimisien suorittimien kehittämisen, sekä suorittimien kehityksen painopisteen siirtyminen nopeuden asemasta virrankulutuksen optimointiin.
Mikropiirien kehitys 1960-luvun alussa toi tietokoneet sotilaslentokoneisiin, ohjuksiin ja osaan avaruusaluksista 1970-luvun alkuun mennessä. Mikropiirit tehdään piikiekolle erilaisilla ohutkalvon kasvatus -menetelmillä. Halpojen mikropiirien vyöryn aloitti CMOS-tekniikka 1970-luvulla.[14]
Neljännen sukupolven tietokoneet

Neljännen sukupolven tietokoneet perustuivat mikroprosessoriin.[15] Mikrotietokoneet ja henkilökohtaiset tietokoneet ovat tyypillisiä neljännen sukupolven tietokoneita.[15]
1970-luku toi kaupalliset mikrotietokoneet kuten Micral N. Mikrotietokoneiden vallankumoukseksi sanotaan mikroprosessoriin perustuvien tietokoneiden yleistymistä.[16] "Vuoden 1977 kolmikko" Apple II, Commodore PET ja TRS-80 julkaistiin vuonna 1977.[17] Mikrotietokoneet yleistyivät harrasteena ja saapuivat myös yrityskäyttöön kun niille julkaistiin ohjelmia, kuten VisiCalc (1979).[18] Commodore PET:in sanotaan olleen ensimmäinen kaupallisesti menestyksekäs henkilökohtainen tietokone.[19]
1980-luvulla Atari ja Commodore kävivät hintasotaa, mikä johti Texas Instrumentsin jättämään kotietokoneiden markkinat.[20] 1980-luvulla markkinoille saapui suuria määriä mikrotietokoneita kuten MSX-yhteensopivat ja ZX Spectrum.
IBM PC julkaistiin vuonna 1981.[21] Laite saavutti suosiota lähinnä ammattikäytössä korkean hintansa vuoksi. Halvempien kloonikoneiden valmistuksen myötä IBM PC -yhteensopivat laitteet yleistyivät. 
Tietokoneiden kapasiteetin kasvaessa on myös ohjelmistojen koko ja käytettävyys kasvoivat.
Toimistotyössä PC tuotti suuria muutoksia, kun konekirjoittajat ja sihteerit korvattiin ATK-tallentajilla ja johtajat joutuivat itse kirjoittamaan omat kirjeensä ja raporttinsa.[22]
1990-luvulla Microsoft Windows ja IBM:n OS/2 kilpailivat markkinosuuksista käyttöjärjestelmissä.

Elektroninen konekirjoittaminen ja arkistointi laajeni 1990-luvun lopussa Internetin kautta laajaksi sähköisten tietokantojen ja tietoliikenteen infrastruktuuriksi.[23] Digitalisoituminen on ilmiö, jossa mikropiirejä liitetään kaikkiin koneisiin. Autojen polttomoottoreiden pakokaasujen puhtautta ja moottorin hyötysuhdetta pystytään parantamaan mikropiiriohjausjärjestelmien avulla.[24] Matkapuhelimista on tullut monitoimisia tietokoneita ja tietoverkkojen päätelaitteita, joihin on yhdistetty kamera, soitin ja GPS-paikannusjärjestelmä.
Mooren lain ennuste mikropiirillä olevien transistorien määrän kaksinkertaistumisesta 18 kuukauden välein on pitänyt hämmästyttävän hyvin paikkansa. Toisaalta CMOS-rakenteessa ei vuosikymmeniin ole juuri muuta muutettu kuin kasvatettu pakkaustiheyttä.[25]
Viidennen sukupolven tietokoneet?
Eräissä lähteissä mainitaan viidennen sukupolven tietokoneet, joihin laskettaisiin muun muassa kämmentietokoneet, taulutietokoneet ja älypuhelimet.
Kvanttitietokoneet voivat muuttaa näkemystä ratkaisevasti. Virheiden minimointi on näissä merkittävin kehitystavoite vielä vuonna 2017.[26]
Suomen vanhimmat tietokoneet

Suomalainen Telmac oli vuonna 1977 julkaistu mikrotietokoneen rakennussarja.
Tekniikan historia -lehti selvitti kesäkuussa 2017, missä sijaitsee vanhin Suomessa aidossa käytössä oleva tietokone. Lehden mukaan eräällä yrityksellä – joka ei halua nimeään julkisuuteen – on vielä käytössä vuonna 1988 asennettu IBM:n AS/400 -palvelin.[27]
Muistien ja tiedontallennusvälineiden historia

reikäkortit, reikänauha
Keskusmuistit (työmuistit):
rumpumuisti
ferriittirengasmuisti
puolijohdemuisti
Massamuistit (pitkäkestoiset muistit):
magneettinauha
kiintolevyt
levykkeet
optinen levy (Laserdisc, CD, DVD)
FLASH-muisti
Katso myös
Tekniikan historia
Tietokonetekniikka
Tietokonelaitteisto
Tiedontallennusväline
Oheislaite
Kirjallisuutta
Suominen, Jaakko: Koneen kokemus. Tampere: Vastapaino 2003. ISBN 951-768-139-9
Lähteet
Citation error, replace with{{cite book| author = Chaline, Eric| title = 50 konetta, jotka muuttivat maailmaa (50 Machines that Changed the Course of History)| publisher = Quid Publishing, (suom. versio Moreeni 2013)| year = 2012| id = ISBN 978-952-254-160-4| language = Suomi| accessdate = 10.11.2013}}
Citation error, replace with{{cite book| author = Gleick, James| title = Informaatio| location = Helsinki| publisher = Art House| year = 2013 (eng versio 2011)| version = Suom. Veli-Pekka Ketola| id = ISBN 978-951-884-498-6| accessdate = 15.3.2014}}
Citation error, replace with{{cite book| author = Kero, Reino ja Kujanen, Hannu (toim.)| title = Kivikirveestä tietotekniikkaan, tekniikan sosiaalihistoriaa kivikaudesta nykypäivään| publisher = Turku: Turun yliopiston historian laitos| year = 1989| id = ISBN 951-880-296-3}}
Citation error, replace with{{cite book| author = Mahajan, Shobhit| title = Keksinnöt ennen ja nyt| others = Translated by Eetu Hiltunen| publisher = Tandem Verlag Gmbh| year = 2008| id = ISBN 978-3-8331-4819-4}}
Citation error, replace with{{cite book| author = Wiio, Antti| title = Kun tietotekniikka muutti maailmaa, Vallankumoukselliset IT-keksinnöt kivikaudelta nykypäivään| location = Espoo| publisher = Tecnologos Oy / Deltakirjat| year = 2007| id = ISBN 978-951-96141-2-0| accessdate = 3.3.2012}}
Viitteet

Aiheesta muualla

*
Luokka:Tietokonetekniikka
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit